(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャワーヘッド電極が容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極に含まれるシャワーヘッド電極組立体において、内部電極を取り囲む外側電極であって、
内側及び外側傾斜面を含むプラズマ露出面を下面に有し、上部内側段差部と上部外側段差部との間に平坦環状面を含む上面に装着面を有する環状プレートと、
前記シャワーヘッド電極組立体の受け板に対して前記外側電極をクランプすることに適したロッキングピンを収容するように構成された、前記平坦環状面内にある複数の円周方向に間隔を空けたポケットと、
を備え、
更に、前記受け板内へ延びる整合ピンと整合するように構成された整合ピン孔を前記上面内に備え、前記上部外側段差部は、前記シャワーヘッド電極組立体のガードリングを支持して、前記ガードリングの径方向外面が前記外側電極の径方向外面と同一平面になるように構成される外側電極。
【請求項２】
更に、前記チャンバ内の真空圧測定値を提供するマノメータユニットとの連係に適したガス孔を前記下面の平坦環状面内に備え、前記平坦環状面は、前記内側及び外側傾斜面間に延び、前記外側傾斜面は、前記平坦環状面と３０度未満の角度を成し、前記内側傾斜面は、前記平坦環状面と３０度より大きな角度を成す請求項１記載の外側電極。
【請求項３】
シャワーヘッド電極が容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極に含まれるシャワーヘッド電極組立体において、内部電極を取り囲む外側電極であって、
内側及び外側傾斜面を含むプラズマ露出面を下面に有し、上部内側段差部と上部外側段差部との間に平坦環状面を含む上面に装着面を有する環状プレートと、
前記シャワーヘッド電極組立体の受け板に対して前記外側電極をクランプすることに適したロッキングピンを収容するように構成された、前記平坦環状面内にある複数の円周方向に間隔を空けたポケットと、
を備え、
更に、前記チャンバ内の真空圧測定値を提供するマノメータユニットとの連係に適したガス孔を前記下面の平坦環状面内に備え、前記平坦環状面は、前記内側及び外側傾斜面間に延び、前記外側傾斜面は、前記平坦環状面と３０度未満の角度を成し、前記内側傾斜面は、前記平坦環状面と３０度より大きな角度を成す外側電極。
【請求項４】
容量結合プラズマ処理チャンバのシャワーヘッド電極組立体であって、
前記プラズマ処理チャンバの温度制御された頂壁に支持され、プラズマ処理チャンバでの処理対象であるウェーハより大きな直径を有し且つ少なくとも一つのガスプレナムを下面に含む熱制御板と、
前記熱制御板に支持された受け板であって、前記熱制御板より小さな直径と、内部を垂直に延びて前記少なくとも一つのガスプレナムと連通するガス通路と、前記受け板の外周へ水平に延びる孔内の回転可能なカムロックとを有する受け板と、
前記受け板を取り囲むガードリングであって、水平に延びて前記ガードリングを通過する少なくとも一本のアクセス孔を含み、前記カムロックの少なくとも一つに前記アクセス孔を整合させるために、前記受け板の周囲を回転させることが可能なガードリングと、
内部を垂直に延びて前記受け板内の前記ガス通路と流体連通するガス通路を有する内側電極であって、前記内側電極の外周が内側及び外側段差部を含み、前記外側段差部が前記内側段差部と前記受け板に対向する前記内側電極の表面との間に配置された内側電極と、
任意の圧縮リングを間に挟んだ状態で内側電極の段差部の一つの平面と当接する内側フランジを有し且つ垂直に延びる段付き開口部を含むクランプリングであって、前記段付き開口部は、前記受け板内のネジ孔と整合しており、前記段付き開口部内の留め具が前記クランプリングを前記受け板に取り付けるクランプリングと、
前記内側電極を取り囲み、前記カムロックに係合する垂直に延びたロッキングピンを含み、前記ガードリングを支持し、前記ロッキングピンを前記カムロックから解放することにより取り外し可能となる外側電極と、
を備えるシャワーヘッド電極組立体。
【請求項５】
前記受け板は、前記外側電極内の前記ロッキングピンと整合した垂直に延びる孔を含み、前記垂直に延びる孔は前記水平に延びる孔と連通しており、前記カムロックは、前記水平に延びる孔内に装着された回転可能なカムシャフトを含み、前記ロッキングピンは、その自由端部の拡大した頭部と、ソケット内に配置された前記ピンの基部とを備えたシャフトを含み、前記カムシャフトは、前記外側電極を前記受け板に対して機械的にクランプするために、前記ロッキングピンの前記頭部を係合することに適したカム表面を含む請求項４記載の電極組立体。
【請求項６】
前記ロッキングピンは、前記受け板及び前記外側電極の熱膨張差に対応するために前記ソケット内において垂直方向及び横方向へ移動可能である請求項５記載の電極組立体。
【請求項７】
前記クランプリングは、前記クランプリングの熱膨張に対応するために熱膨張領域を含む請求項４記載の電極組立体。
【請求項８】
前記内側電極は、単結晶シリコンのプレートであり、前記受け板は、アルミニウム合金のプレートである請求項４記載の電極組立体。
【請求項９】
更に、前記受け板の前記下面に装着されたネジジャッキを備え、前記ネジジャッキは、前記内側電極の分解中に、前記内側電極の前記上面に対して前記ネジジャッキのフランジを移動させ、前記内側電極を前記受け板から分離するために回転可能である請求項４記載の電極組立体。
【請求項１０】
前記熱制御板は、前記受け板内の前記ガス通路と連通したガスプレナムを画成する下面上の環状突起を含み、少なくとも二本の熱界面リングが、前記内側電極と前記受け板との間に存在する請求項４記載の電極組立体。
【請求項１１】
更に、前記ガス通路及び最も外側の前記熱界面リングの外側に配置された、前記受け板と前記シャワーヘッド電極との間のガスシールを備える請求項１０記載の電極組立体。
【請求項１２】
請求項４のシャワーヘッド電極組立体に含まれた上部電極と、下部電極とを有する容量結合プラズマチャンバにおいて半導体基板を処理する方法であって、
前記下部電極上において前記半導体基板を支持するステップと、
前記チャンバに処理ガスを供給するステップと、
前記上部及び下部電極間に高周波エネルギを供給することにより、前記処理ガスを励起してプラズマ状態にするステップと、
前記プラズマにより前記半導体基板を処理するステップと、
を備える方法。
【請求項１３】
前記半導体基板は、半導体ウェーハを含み、前記処理するステップは、前記プラズマにより前記半導体ウェーハをエッチングするステップを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
請求項４記載の電極組立体を分解する方法であって、
前記ガードリング内のアクセス孔内の挿入物を除去するステップと、
前記アクセス孔がカムロックの第一のグループと整合する第一の位置へ、前記ガードリングを回転させるステップと、
前記カムロックの第一のグループにより保持されたロッキングピンを解放するために前記カムロックを回転させるステップと、
前記アクセス孔がカムロックの第二のグループと整合する第二の位置へ、前記ガードリングを回転させるステップと、
前記カムロックの第二のグループにより保持されたロッキングピンを解放し、これにより前記受け板から前記外側電極を解放するために、前記カムロックの第二のグループを回転させるステップと、
前記クランプリング内の留め具を取り外し、これにより前記受け板から前記クランプリング及び内側電極を解放するステップと
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体部品を製造可能なプラズマ処理チャンバのシャワーヘッド電極組立体に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
一実施形態によれば、シャワーヘッド電極組立体は、受け板にクランプされた内側電極及び外側電極を備え、シャワーヘッド電極組立体は、容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極を備える。内側電極は、下面にプラズマ露出面を有し、上面に装着面を有する円形プレートであり、下面は、プレートの外周に内側及び外側段差部を含む。内側段差部は、外側段差部より小さな直径を有し、外側段差部は、内側段差部と装着面との間に位置する。外側段差部は、クランプリングの内側に延びるフランジと接合するように構成され、内側段差部は、外側電極の内側段差部と接合するように構成され、外側電極は、その内側テーパ面がプラズマ露出面の外縁部から延びるように内側電極を取り囲む。装着面は、クランプリングによりプレートを接触させて保持する受け板内の整合ピン孔と一致するパターンで配列された整合ピンを収容するように構成された複数の整合ピン凹部を含み、プレートは、受け板内のガス供給孔と一致するパターンで配列された処理ガス出口を含む。
【０００３】
外側電極は、下面にプラズマ露出面を有し、上面に装着面を有する環状プレートを備え、上面は、内側段差部と外側段差部との間に平坦環状面を含み、プラズマ露出面は、内側及び外側傾斜面を含む。平坦環状面において円周方向に間隔を空けた複数のポケットは、外側電極を受け板に対してクランプすることに適したロッキングピンを内部に収容するように構成される。
【０００４】
別の実施形態によれば、容量結合プラズマ処理チャンバのシャワーヘッド電極組立体は、熱制御板と、受け板と、ガードリングと、内側電極と、外側電極と、クランプリングとを備える。熱制御板は、プラズマ処理チャンバの温度制御された壁により支持され、熱制御板は、プラズマ処理チャンバ内での処理対象となるウェーハより大きな直径を有し、下面上の環状突起を、環状突起間のガスプレナムと共に含む。受け板は、熱制御板により支持され、熱制御板より小さな直径と、その内部を通過するガス通路と、水平に延びる孔内のカムロックとを有する。ガードリングは、受け板を取り囲み、その内部のアクセス孔がカムロックの少なくとも一つと整合するように回転させることができる。内側電極は、受け板内のガス通路と流体連通するガス通路を内部に有し、内側電極の外周は、内側及び外側段差部を含み、外側段差部は、内側段差部と、受け板に対向する内側電極の表面との間に位置している。クランプリングは、任意の圧縮リングを間に挟んで、内側電極の外側段差部の上に位置する内側フランジを有し、クランプリングは、垂直に延びる段付き開口部を含み、段付き開口部は、受け板内のネジ孔と整合しており、段付き開口部内の留め具は、クランプリングを受け板に取り付け、内側電極の外側段差部に圧縮力を加える。外側電極は、内側電極を取り囲んでおり、カムロックに係合する垂直に延びたロッキングピンを含み、外側電極は、ガードリングを支持しており、ロッキングピンをカムロックから解放することにより取り外し可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】基板をエッチングするための容量結合プラズマリアクタの上部電極を形成する、ガードリングを有するシャワーヘッド電極組立体を示す部分断面図である。
【０００６】
【図２Ａ】図１に示したリアクタにおいて外側電極をクランプするためのカムロックの一例を示す三次元図である。
【０００７】
【図２Ｂ】図２Ａのカムロック電極クランプの一例を示す断面図である。
【０００８】
【図３】図２Ａ及び図２Ｂのカムロッククランプにおいて使用されたスタッドの一例を示す側面図及び組立図である。
【０００９】
【図４Ａ】図２Ａ及び図２Ｂのカムロッククランプにおいて使用されたカムシャフトの一例を示す側面図及び組立図である。
【００１０】
【図４Ｂ】図４Ａのカムシャフトの一部のカッタパスエッジの一例を示す断面図である。
【００１１】
【図５Ａ】受け板に機械的にクランプされた内側及び外側電極を備えたシャワーヘッド電極組立体を示す断面図である。
【図５Ｂ】異なる位置においてシャワーヘッド電極組立体を示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｂの一部の拡大図である。
【００１２】
【図６Ａ】内側電極の詳細を示す図である。
【図６Ｂ】内側電極の詳細を示す図である。
【図６Ｃ】内側電極の詳細を示す図である。
【図６Ｄ】内側電極の詳細を示す図である。
【００１３】
【図７Ａ】外側電極の詳細を示す図である。
【図７Ｂ】外側電極の詳細を示す図である。
【図７Ｃ】外側電極の詳細を示す図である。
【図７Ｄ】外側電極の詳細を示す図である。
【図７Ｅ】外側電極の詳細を示す図である。
【図７Ｆ】外側電極の詳細を示す図である。
【図７Ｇ】外側電極の詳細を示す図である。
【００１４】
【図８Ａ】内側電極をクランプするクランプリングの詳細を示す図である。
【図８Ｂ】内側電極をクランプするクランプリングの詳細を示す図である。
【図８Ｃ】内側電極をクランプするクランプリングの詳細を示す図である。
【図８Ｄ】内側電極をクランプするクランプリングの詳細を示す図である。
【００１５】
【図９Ａ】熱膨張領域を備えたクランプリングの詳細を示す図である。
【図９Ｂ】熱膨張領域を備えたクランプリングの詳細を示す図である。
【図９Ｃ】熱膨張領域を備えたクランプリングの詳細を示す図である。
【図９Ｄ】熱膨張領域を備えたクランプリングの詳細を示す図である。
【図９Ｅ】熱膨張領域を備えたクランプリングの詳細を示す図である。
【図９Ｆ】熱膨張領域を備えたクランプリングの詳細を示す図である。
【００１６】
【図１０Ａ】受け板の詳細を示す図である。
【図１０Ｂ】受け板の詳細を示す図である。
【図１０Ｃ】受け板の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
集積回路チップの製造は、一般に、「ウェーハ」と呼ばれる高純度単結晶半導体材料基板（シリコン又はゲルマニウム等）の研磨薄片から開始される。各ウェーハに対しては、ウェーハ上に様々な回路構造を形成する一連の物理及び化学処理ステップが施される。製造処理中には、二酸化シリコン膜を形成する熱酸化と、シリコン、二酸化シリコン、及び窒化シリコン膜を形成する化学気相堆積と、他の金属膜を形成するスパッタリング又は他の手法とのような様々な手法を使用して、ウェーハ上に様々な種類の薄膜を堆積させ得る。
【００１８】
半導体ウェーハ上に膜を堆積させた後、ドーピングと呼ばれる処理を使用して、半導体結晶格子中において、選択された不純物による置換を行うことにより、半導体の特異的電気特性を生成する。ドーピングされたシリコンウェーハは、次に、「レジスト」と呼ばれる感光性又は放射線感受性材料の薄層により均一に被覆し得る。次に、リソグラフィとして知られる処理を使用して、回路内の電子経路を画成する小さな幾何学的パターンをレジスト上に転写し得る。リソグラフィ処理中、リソグラフィ回路パターンは、「マスク」と呼ばれるガラス板上に描画し、その後、光学的に縮小投影して、感光性被覆上に転写し得る。
【００１９】
次に、エッチングとして知られる処理により、リソグラフレジストパターンを、半導体材料の下層結晶表面上へ転写する。一般には、真空処理チャンバが使用され、真空チャンバにエッチング又は堆積ガスを供給し、ガスへの高周波（ＲＦ）電界の印加によりガスを励起してプラズマ状態にすることにより、基板上の材料のエッチング及び化学気相堆積（ＣＶＤ）を行う。
【００２０】
反応性イオンエッチングシステムは、一般に、上部電極又は陽極と下部電極又は陰極とが内部に位置決めされたエッチングチャンバからなる。陰極は、陽極及び容器壁に対して負にバイアスされる。エッチング対象のウェーハは、適切なマスクに覆われた状態で陰極上に直接配置される。ＣＦ4、ＣＨＦ3、ＣＣｌＦ3、ＨＢｒ、Ｃｌ2、及びＳＦ6等の化学反応性ガス、或いはＯ2、Ｎ2、Ｈｅ、又はＡｒとのその混合物を、エッチングチャンバへ導入し、通常はミリトールの範囲の圧力に維持する。上部電極には、電極を介してガスをチャンバ内に均一に分散させることが可能なガス孔（群）を設ける。陽極と陰極との間に形成された電界は、プラズマを形成する反応性ガスを解離させる。ウェーハの表面は、活性イオンとの化学的相互作用と、ウェーハの表面に衝突するイオンの運動量伝達とによりエッチングされる。電極により形成された電界は、イオンを陰極に引き付け、主に垂直方向でイオンを表面に衝突させ、処理手順により明確な垂直エッチング側壁が生成されるようにする。エッチングリアクタ電極は、機械的な柔軟性及び／又は熱伝導性を有する接着剤で二つ以上の異なる部材を接合することにより製造し、多数の機能を可能にする場合が多い。
【実施例】
【００２１】
図１は、基板をエッチングするためのプラズマ処理システムにおけるシャワーヘッド電極組立体１００の一部の断面図を示す。図１に示したように、シャワーヘッド電極組立体１００は、上部電極１１０と、受け板１４０と、ガードリング１７０とを含む。シャワーヘッド電極組立体１００は、更に、上部電極１１０及び受け板１４０の外周を取り囲むプラズマ閉じ込め組立体（又はウェーハ領域圧力（ＷＡＰ）組立体）１８０を含む。
【００２２】
組立体１００は、更に、熱制御部材１０２と、内部に液体流路を有すると共にチャンバの温度制御壁を形成する上板１０４とを含む。上部電極１１０は、好ましくは、内側電極１２０と、外側電極１３０とを含む。内側電極１２０は、好ましくは、円筒形のプレートであり、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、又は他の適切な材料等の伝導性高純度材料により作成し得る。受け板１４０は、後述する機械的留め具により、内側電極１２０及び外側電極１３０に機械的に固定される。ガードリング１７０は、受け板１４０を取り囲み、後述するように、カムロッキング部材へのアクセスを可能にする。
【００２３】
図１に示したシャワーヘッド電極組立体１００は、一般に、上部電極１１０の下方に１乃至２ｃｍの間隔を空けてウェーハを支持する平面下部電極を有する静電チャック（図示せず）と共に使用される。こうしたプラズマ処理システムの例は、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＥｘｅｌａｎ誘電体エッチングシステム等の平行平板型リアクタである（Ｅｘｅｌａｎは商標）。こうしたチャッキングの仕組みは、ウェーハとチャックとの間の伝熱率を制御する裏面ヘリウム（Ｈｅ）圧力を供給することにより、ウェーハの温度制御をもたらす。
【００２４】
上部電極１１０は、定期的に交換の必要がある消耗部品である。処理ガスをウェーハと上部電極との間の隙間に供給するために、上部電極１１０には、処理ガスを供給することに適したサイズ及び分布を有するガス放出路１０６が設けられており、処理ガスは、電極により励起され、上部電極１１０の下方の反応域にプラズマを形成する。
【００２５】
シャワーヘッド電極組立体１００は、更に、上部電極１１０及び受け板１４０の外周を取り囲むプラズマ閉じ込め組立体（又はウェーハ領域プラズマ（ＷＡＰ）組立体）１８０を含む。プラズマ閉じ込め組立体１８０は、好ましくは、上部電極１１０及び受け板１４０の外周を取り囲む多数又は複数の間隔を空けた石英リング１９０を含む。処理中、プラズマ閉じ込め組立体１８０は、反応域において圧力差を発生させて、反応チャンバ壁とプラズマとの間の電気抵抗を増加させることにより、プラズマを上部電極１１０と下部電極（図示せず）との間に閉じ込める。
【００２６】
使用中、閉じ込めリング１９０は、プラズマをチャンバ容積に閉じ込め、反応チャンバ内のプラズマの圧力を制御する。プラズマの反応チャンバへの閉じ込めは、閉じ込めリング１９０間の間隔と、閉じ込めリング外部及びプラズマ内における反応チャンバ内の圧力と、ガスの種類及び流量と、ＲＦ電力のレベル及び周波数とを含む多数の要因の関数となる。プラズマの閉じ込めは、閉じ込めリング１９０間の間隔が非常に小さい場合に、達成が容易になる。一般には、０．１５インチ以下の間隔が閉じ込めに必要となる。しかしながら、閉じ込めリング１９０の間隔は、プラズマの圧力を決定するものでもあり、プラズマを維持しつつ、最適な処理性能に必要な圧力を達成するために間隔を調整可能であることが望ましい。ガス供給源からの処理ガスは、ウェーハ上方の単一の区域又は複数の区域へ処理ガスを供給可能とする上板１０４内の一本以上の通路を介して、電極１１０へ供給される。
【００２７】
内側電極１２０は、好ましくは、中心（図示せず）から外縁部まで均一な厚さを有する平坦な円盤又はプレートである。内側電極１２０は、処理対象ウェーハと比較して、小さい、等しい、又は大きい直径を有することが可能であり、例えば、プレートが単結晶シリコンにより作成される場合には、３００ｍｍウェーハに対して使用される現在利用可能な単結晶シリコン材料の直径である３００ｍｍまでにすることができる。３００ｍｍウェーハを処理するために、外側電極１３０は、上部電極１１０の直径を約１５インチから約１７インチに拡張するように構成される。外側電極１３０は、連続的な部材（例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、又はリングの形態の他の適切な材料）又はセグメント化された部材（例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素、又は他の材料のセグメント等、リング構造に配置された二乃至六個の分離したセグメント）にすることができる。内側電極１２０は、好ましくは、上部電極１１０の下方にあるプラズマ反応チャンバ内の空間へ処理ガスを噴射する複数のガス通路１０６を含む。
【００２８】
単結晶シリコンは、内側電極１２０及び外側電極１３０のプラズマ露出面に好適な材料である。高純度単結晶シリコンは、望ましくない要素を反応チャンバ内に最低限の量しか持ち込まないため、プラズマ処理中に基板の汚染を最小化すると共に、プラズマ処理中に円滑に摩耗することにより、微粒子を最小限に抑える。上部電極１１０のプラズマ露出面に使用可能な、材料の合成物を含む他の材料には、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＮ、及びＡｌＮが含まれる。
【００２９】
構造として、シャワーヘッド電極組立体１００は、直径３００ｍｍの半導体ウェーハ等の大型基板を処理するために十分な大きさを有する。３００ｍｍウェーハのためには、上部電極１１０は、少なくとも３００ｍｍの直径を有する。しかしながら、シャワーヘッド電極組立体１００は、他のウェーハサイズを処理するようにサイズを定めることもできる。
【００３０】
受け板１４０は、好ましくは、プラズマ処理チャンバ内において半導体基板を処理するために使用される処理ガスと化学的に適合し、電極材料と厳密に一致する熱膨張係数を有し、及び／又は導電性及び熱伝導性を有する材料により作成される。受け板１４０を作成するために使用できる好適な材料は、グラファイト、ＳｉＣ、アルミニウム（Ａｌ）、又は他の適切な材料等を含む。
【００３１】
内側及び外側電極１２０、１３０は、受け板１４０に対して、電極と受け板との間に接着性の結合を全く含むことなく、機械的に取り付けることが可能であり、即ち、電極を受け板に取り付けるために、熱伝導性及び導電性のエラストマ結合材料は使用されない。
【００３２】
受け板１４０は、好ましくは、ネジ付きボルト、ネジ等にすることができる適切な機械的留め具により熱制御部材１０２に取り付ける。例えば、ボルト（図示せず）を、熱制御板１０２の孔に挿入し、受け板１４０内のネジ付き開口部へねじ入れることが可能である。熱制御部材１０２は、屈曲部１８４を含み、好ましくは、アルミニウム又はアルミニウム合金等の機械加工された金属材料により作成される。上部温度制御板１０４は、好ましくは、アルミニウム又はアルミニウム合金により作成される。プラズマ閉じ込め組立体（又はウェーハ領域プラズマ組立体（ＷＡＰ））１８０は、シャワーヘッド電極組立体１００の外側に位置決めされる。複数の垂直調整可能なプラズマ閉じ込めリング１９０を含む適切なプラズマ閉じ込め組立体１８０は、出典を明記することによりその全体を本願明細書の一部とした本願権利者所有の米国特許第５，５３４，７５１号において説明されている。
【００３３】
外側電極は、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とする、本発明の譲受人に譲渡された２００８年３月１４日提出の米国特許出願第６１／０３６，８６２号において説明されるようなカムロック機構により、受け板に機械的に取り付けることが可能である。図２Ａを参照すると、カムロック電極クランプの一例の三次元図は、電極２０１及び受け板２０３の一部を含む。電極クランプは、図１に示したプラズマエッチングチャンバ等、様々な製造関連ツールにおいて、素早く清潔克つ正確に消耗電極２０１を受け板に対して取り付けることが可能である。電極２０１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、又はポリシリコン（α−Ｓｉ）を含む、様々な材料により作成し得る。受け板は、アルミニウム又は他の適切な材料により形成される場合が多い。
【００３４】
電極カムロッククランプは、ソケット２１３内に装着されるスタッド（ロッキングピン）２０５を含む。スタッドは、例えば、鋼製ベルビルワッシャ等のディスクスプリングスタック２１５により取り囲んでもよい。スタッド２０５及びディスクスプリングスタック２１５は、その後、ソケット２１３内へ圧入するか、接着剤又は機械的留め具の使用により別の形で固定し得る。スタッド２０５及びディスクスプリングスタック２１５は、電極２０１と受け板２０３との間において限定された量の側方運動が可能となるように、ソケット２１３内に配置される。側方運動の量を限定することにより、電極２０１と受け板２０３との密着が可能となり、これにより良好な熱的接触を確保する一方、ある程度の移動を依然として提供して、二部品間の熱膨張における差に対応する。限定側方運動機能についての付加的な詳細は、更に詳しく後述する。
【００３５】
特定の実施形態例において、ソケット２１３は、ベアリンググレードのＴｏｒｌｏｎ(R)から製造される。或いは、ソケット２１３は、良好な強度といった特定の機械的特性と耐衝撃性、耐クリープ性、寸法安定性、耐放射線性、及び耐化学性とを有する他の材料から製造し、容易に利用し得る。ポリアミド、ポリイミド、アセタール、及び超高分子量ポリエチレン材料といった様々な材料は、全て適切となり得る。エッチングチャンバ等の用途において遭遇する一般的な最高温度は２３０℃であるため、高温特異的プラスチック及び他の関連する材料は、ソケット２１３を形成するために必要ではない。一般に、通常の動作温度は、１３０℃前後である。
【００３６】
電極カムロッククランプの他の部分は、一対のカムシャフトベアリング２０９により各端部を囲まれたカムシャフト２０７を含む。カムシャフト２０７及びカムシャフトベアリング組立体は、受け板２０３内に機械加工された受け板孔２１１内に装着される。３００ｍｍ半導体ウェーハ用に設計されたエッチングチャンバ用の一般的な応用では、八個以上の電極クランプが、間隔を空けて電極２０１／受け板２０３の組み合わせの周囲を囲み得る。
【００３７】
カムシャフトベアリング２０９は、Ｔｏｒｌｏｎ（登録商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）、Ｃｅｌｃｏｎ（登録商標）、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、Ａｒｉｏｎ（登録商標）を含む様々な材料、或いは、低摩擦係数及び低粒子脱落性を有するフッ素重合体、アセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の他の材料から機械加工し得る。スタッド２０５及びカムシャフト２０７は、ステンレス鋼（例えば、３１６、３１６Ｌ、１７−７等）又は良好な強度及び耐腐食性を提供する他の任意の材料から機械加工し得る。
【００３８】
次に図２Ｂを参照すると、電極カムクランプの断面図は、更に、電極２０１を受け板２０３に極めて近接して引き付けることにより、カムクランプがどのように動作するかを例示している。スタッド２０５／ディスクスプリングスタック２１５／ソケット２１３組立体は、電極２０１内に装着される。図示したように、組立体は、ソケット２１３の外ネジを用いて、電極２０１内のネジ付きポケット内へねじ入れ得る。しかしながら、ソケットは、接着剤又は他の種類の機械的留め具により装着してもよい。
【００３９】
図３において、拡大した頭部と、ディスクスプリングスタック２１５と、ソケット２１３とを有するスタッド２０５の正面組立図３００は、カムロック電極クランプの設計の一例を更に詳細に示している。特定の実施形態例において、スタッド／ディスクスプリング組立体３０１は、ソケット２１３へ圧入される。ソケット２１３は、軽いトルク（例えば、特定の実施形態例において、約２０インチポンド）による電極２０１（図２Ａ及び図２Ｂ参照）への容易な挿入を可能にする、外ネジ及び六角形の頂部部材を有する。上述したように、ソケット２１３は、様々な種類のプラスチックから機械加工し得る。プラスチックを使用することにより、粒子の発生は最小化され、ソケット２１３を電極２０１上の嵌合ポケット内へ摩耗無く設置することが可能となる。
【００４０】
スタッド／ソケット組立体３０３は、ソケット２１３上部の内径がスタッド２０５の中央部の外径よりも大きいことを示している。両部分の直径の差により、上述したように、組み立てた電極クランプにおいて限定された側方運動が可能となる。スタッド／ディスクスプリング組立体３０１は、ソケット２１３の基部において、ソケット２１３と堅固に接触した状態で維持されるが、直径の差により、ある程度の側方運動が可能となる（図２Ｂも参照）。
【００４１】
図４Ａを参照すると、カムシャフト２０７及びカムシャフトベアリング２０９の分解図４００は、更に、キーイングピン４０１を示している。キーイングピン４０１を有するカムシャフト２０７の端部は、受け板孔２１１（図２Ｂ参照）へ最初に挿入される。受け板孔２１１の遠端部にある一対の小さな嵌合孔（図示せず）により、受け板孔２１１に入るカムシャフト２０７は適切な整合状態となる。カムシャフト２０７の側面図４２０は、カムシャフトの一方の端部における六角開口部４０３と、他方の端部におけるキーイングピン４０１との考えられる配置を明確に示している。
【００４２】
例えば、引き続き図４Ａ及び図２Ｂを参照すると、電極カムクランプは、カムシャフト２０７を受け板孔２１１へ挿入することにより組み立てられる。キーイングピン４０１は、一対の小さな嵌合孔の一方と相互作用することにより、受け板孔２１１内におけるカムシャフト２０７の回転移動を制限する。カムシャフトは、最初に、スタッド２０５のカムシャフト２０７への進入が可能となるように、六角開口部４０３を使用して一方向、例えば、反時計回りに回転させ、その後、時計回りに回転させ、スタッド２０５を完全に係合させてロックし得る。電極２０１を受け板２０３に対して保持するために必要なクランプ力は、自由積層高さを超えてディスクスプリングスタック２１５を圧縮することにより供給される。カムシャフト２０７は、シャフト２０５の拡大頭部と係合する内部偏心切欠を有する。ディスクスプリングスタック２１５が圧縮されると、クランプ力は、ディスクスプリングスタック２１５の個々のスプリングからソケット２１３へ伝達されると共に、電極２０１を介して受け板２０３へ伝達される。
【００４３】
動作モードの一例において、カムシャフトベアリングをカムシャフト２０７に取り付け、受け板孔２１１へ挿入した後、カムシャフト２０７を反時計回りに回転させ、完全に回転移動させる。次に、スタッド／ソケット組立体３０３（図３）に軽いトルクを加え、電極２０１内へ入れる。次に、スタッド２０５の頭部を、水平に延びる受け板孔２１１の下方に垂直に延びる貫通孔へ挿入する。電極２０１は、受け板２０３に対して保持され、二つの小さな嵌合孔（図示せず）の第二のものにキーイングピンが落ち込むか、或いはクリック音が聞こえる（詳細は後述する）まで、カムシャフト２０７を時計回りに回転させる。動作モードの一例は、受け板２０３から電極２０１を取り外すために逆転させ得る。
【００４４】
図４Ｂを参照すると、図４Ａのカムシャフト２０７の側面図４２０の断面図Ａ−Ａは、スタッド２０５の頭部が完全に固定されるカッタパスエッジ４４０を示している。特定の実施形態例において、二つの半径Ｒ1及びＲ2は、スタッド２０５の頭部が上述した可聴クリックノイズを発生させ、スタッド２０５が完全に固定された時点を示すように選択される。
【００４５】
図５Ａは、以下の特徴部を含む容量結合プラズマチャンバ用の上部電極組立体５００の断面図である：（ａ）カムロック式非接着外側電極５０２、（ｂ）クランプ式非接着内側電極５０４、（Ｃ）受け板５０６、及び（ｄ）外側電極を受け板５０６に対して保持するカムロックへのアクセスを可能にするガードリング５０８。図５Ｂは、異なる位置における電極組立体の断面図であり、図５Ｃは、受け板から内側電極を分離するためのネジジャッキの仕組みの詳細を示す図５Ｂの一部の拡大図である。
【００４６】
電極組立体５００は、チャンバの外部からチャンバの温度制御頂壁５１２にボルト留めされた熱制御板５１０を含む。外側電極は、図２乃至４を参照して上述したカムロック５１４により、受け板５０６に解放可能に取り付けられている。内側電極は、クランプリング５１６により熱制御板にクランプされる。クランプリングは、受け板５０６の裏側にあるネジ付き開口部にねじ入れるボルト（ネジ）等の留め具を収容する一連の孔を含む。クランプリングが内側電極の外縁部にある段差と接触することを回避するために、ＣＩＲＬＥＸのような硬質ポリイミド材料等の硬い材料の圧縮リング５１８が、内側電極とクランプリングの対向面間において圧縮される。
【００４７】
好適な実施形態において、電極組立体５００の外側電極５０２は、（ａ）ガードリングの四個の孔を受け板の外側部内の間隔を空けた位置に配置された四個のカムロック５１４に整合させる第一の位置まで、ガードリング５０８を回転させ、（ｂ）ガードリングの各孔にアレンレンチを挿入し、各カムロックを回転させて、対応する各カムロックにおいて垂直に延びるロッキングピンを解放し、（ｃ）ガードリングの四個の孔を別の四個のカムロックに整合させる第二の位置まで、ガードリングを９０度回転させ、（ｄ）ガードリングの各孔にアレンレンチを挿入し、対応する各カムロックを回転させて、対応する各カムロックのロッキングピンを解放することにより分解可能であり、これにより、外側電極５０２を降下させ、プラズマチャンバから取り外すことが可能となる。
【００４８】
図５Ａは、更に、回転可能カムロック５１４を受け板５０６の外側部において水平に延びる孔５６０内に配置したカムロックの仕組みの一つの断面図を示す。円筒カムロック５１４は、ロッキングピン５６２の拡大端部が、ロッキングピンの拡大頭部を持ち上げるカムロック５１４のカム表面により係合されるロック位置、或いは、ロッキングピン５６２がカムロック５１４により係合されない解放位置へ、アレンレンチ等の工具により回転可能である。受け板では、カムロックとの係合のためにロッキングピンが挿入される孔が垂直に延びている。
【００４９】
図５Ｂは、ネジジャッキ５７０と、ガードリング５０８のアクセス開口部５７４を埋めて、受け板のネジ付き孔にねじ入れることでガードリングの回転を防止する挿入部５７１とを通過する位置における電極組立体の断面図を示している。好ましくは、ステンレス鋼等の適切な材料の三個のネジジャッキ５７０が、１２０度離れて配置され、内側電極の取り外しを容易にする。挿入部５７１は、好ましくは、受け板５０６のネジ付き開口部にねじ入れるポリマ又はセラミックネジである。外側電極の外側段差部は、ガードリングの接合段差部と係合して、受け板５０６の外周とガードリング５０８の内周との間に環状の隙間５７５を維持する。ネジジャッキ５７０は、受け板５０６内のネジ付き開口部に収容される上部ネジ付きシャフト５７０ａと、アレンレンチ等の工具との係合するための鍵付き開口部５７０ｃを有する下部シャフト５７０ｂと、上部及び下部シャフトの中間にある環状フランジ５７０ｄとを含む。ＣＩＲＬＥＸリング等のポリマリング５７２は、受け板５０６と各フランジ５７０ｄとの対向面に接触しており、ＴＥＦＬＯＮワッシャ等のポリマワッシャ５７３は、フランジ５７０ｄのそれぞれの下面と、内側電極５０４及びクランプリング５１６の対向面とに接触している。好適な実施形態において、ポリマリング５７２は、厚さ約０．０３１インチ、幅約０．５インチであり、クランプリングを受け板に対して保持する留め具を受け入れる１２個の孔と、ネジジャッキのシャフト５７０ａを受け入れる三個の孔を有する。受け板５０６は、部分的に内側電極の外縁部の下に延びる開口部を含み、各開口部はそれぞれのフランジ５７０ｄ及びワッシャ５７３を収容する上で十分な深さを有する。ポリマリング５７２は、受け板の環状路に収容される。内側電極の受け板からの分解中には、フランジ５７０ｄを内側電極の上面に向けて移動させる方向へネジジャッキを回転させ、これにより、介在する熱界面リング、Ｏリング等により生じる可能性のある、受け板に対する内側電極の粘着を克服する。
【００５０】
図６Ａ乃至６Ｄは、内側電極５０４の詳細を示す。内側電極５０４は、好ましくは、高純度（不純物１０ｐｐｍ未満）低抵抗率（０．００５乃至０．０２オームｃｍ）の単結晶シリコンのプレートであり、ＴＯＲＬＯＮ５０３０等のポリマ材料の整合ピン５２４を収容する整合ピン孔５２０を上面（装着面）５２２に有し、クランプリング５１６及び外側電極５０２の内側舌部と接合する段差部を外縁部５２６に有する。適切な直径及び／又は構成のガス孔５２８（例えば、直径０．０１７インチの孔）は、上面から下面（プラズマ露出面）５３０へ延びており、任意の適切なパターンに配列することができる。図示した実施形態において、ガス孔は、円周方向に延びる１３列に配置されており、電極の中心から約０．２５インチに位置する第一の列内の４個のガス孔と、中心から約０．７インチに位置する第二の列内の１０個のガス孔と、中心から約１．２５インチに位置する第三の列内の２０個のガス孔と、中心から約１．９５インチに位置する第四の列内の２６個のガス孔と、中心から約２．３インチに位置する第五の列内の３０個のガス孔と、中心から約２．７インチに位置する第六の列内の３６個のガス孔と、中心から約３．０５インチに位置する第七の列内の４０個のガス孔と、中心から約３．７５インチに位置する第八の列内の５２個のガス孔と、中心から約４．１インチに位置する第九の列内の５８個のガス孔と、中心から約４．５インチに位置する第十の列内の６２個のガス孔と、中心から約５．２インチに位置する第十一の列内の７０個のガス孔と、中心から約５．４５インチに位置する第十二の列内の７４個のガス孔と、中心から約５．７５インチに位置する第十三の列内の８０個のガス孔とを備える。
【００５１】
電極の上面は、六個の整合ピン孔５２０を含み、三個のピン孔は中心に近く、三個のピン孔は電極の外縁部に近い。ピン孔は、約０．１１６インチの直径を有することができる。三個の中央ピン孔は、半径方向に整列しており、内側電極の中心に位置する深さ約０．１６０インチのピン孔と、中心ピン孔から約１．６インチ離れて、ガス孔の第三及び第四の列間の位置に配置された深さ約０．２００インチの二個のピン孔とを含む。外側ピン孔は、深さ約０．１００インチであり、中央ピン孔と半径方向に整列し、中心ピン孔から約６インチである一個のピン孔と、そのピン孔から９７．５度及び１７０度オフセットした二個の他のピン孔とを含み、第二及び第三の外側ピン孔は、中心ピン孔からは同じ距離であるが、互いに９２．５度オフセットしている。
【００５２】
外側段差部は、シリコン板を完全に囲んで延びるようにシリコン板に機械加工された内側段差部５３２及び外側段差部５３４を含む。好適な実施形態において、シリコン板は、厚さ約０．４００インチ、外径約１２．５６０インチであり、内側段差部５３２は、内径約１２．００４インチ、外径約１２．１３５インチであり、プラズマ露出面５３０内へ約０．１３インチ延びており、外側段差部５３４は、内径約１２．１３５インチ、外径約１２．５６０インチであり、プラズマ露出面５３０内へ約０．２４インチ延びている。内側段差部５３２は、長さ約０．１３インチの垂直面５３２ａと、長さ約０．０６５インチの水平面５３２ｂとを有し、外側段差部５３４は、長さ約０．１１インチの垂直面５３４ａと、長さ約０．２１８インチの水平面５３４ｂとを有する。
【００５３】
図６Ａは、１３列のガス孔を備えた内側電極５０４のプラズマ露出面５３０を示す正面図である。図６Ｂは、１３列のガス孔と六個のピン孔５２０とを備えた上面５２２の正面図である。図６Ｃは、プラズマ露出面に最も近い内側段差部と、上面に最も近い外側段差部とを含む、内側電極の側面図である。図６Ｄは、図６Ｃの詳細部Ｄの拡大図であり、上面５２２の外縁部、下面５３０の外縁部、及び水平面及び垂直面５３２ａ、５３２ｂ、５３４ａ、５３４ｂと互いの角部及び上面及び下面５２２、５３０との遷移部に六個の丸みを帯びた角部（例えば、半径０．０２５インチの丸みを付ける）が設けられた内側及び外側段差部を示す。
【００５４】
外側電極５０２は、ガードリング５０８を支持する外側段差部５３６と、クランプリング及び内側電極の内側段差部の上に位置する内側段差部５３８と、受け板５０６の下面に係合する上面（装着面）５４０と、内側テーパ面５４４、水平面５４６、及び外側テーパ面５４８を含む下面（プラズマ露出段付き面）５４２と、ロッキングピンが装着される上面５４０内の八個のポケット５５０とを含む。
【００５５】
図７Ａ乃至７Ｇは、外側電極の様々な図を示す。図７Ａは、外側電極５０２のプラズマ露出面５４２の平面図であり、図７Ｂは、外側電極の側面図である。外側電極は、プラズマ露出面５４２を形成する、内側及び外側テーパ面５４４、５４８と、その間の水平面５４６とを有する環状リングである。外側電極は、好ましくは、高純度低抵抗率の単結晶シリコン又は高純度多結晶シリコンの単一部品である。或いは、外側電極は、高純度の単結晶又は多結晶シリコンのセグメントにより構成することができる。図７Ｃは、外側電極全体の断面を示し、図７Ｄは、図７Ｃの詳細部Ｄを引き伸ばしたものを示す。好適な実施形態において、外側電極は、約１７インチの外径、及び約１２．０２４インチの内径を有する。水平面５４６は、その内径約１２．５５２インチから、その外径約１５．９７インチまで、半径方向に約１．７０９インチ延びる。外側電極の上面は、内側段差部５３８及び外側段差部５３６を、その間に延びる環状水平装着面５５２と共に含む。装着面５５２は、約１３．６５５インチの内径、及び約１６．７５２インチの外径を有する。図７Ｃには、ロッキングピンを収容する八個のポケット５５０のうち二個が図示されている。
【００５６】
図７Ｄは、テーパ面が水平プラズマ露出面５４６に対して２０乃至４０度の角度を成す、外側電極５０２の内側及び外側テーパ面５４４、５４８と内側及び外側段差部５３６、５３８との好適な実施形態の詳細を示す。更に好ましくは、内側テーパ面５４４は、３４．３度の角度であり、外側テーパ面５４８は、２４．９度の角度である。内側段差部５３８は、高さ約０．１４５インチの垂直面５３８ａと、半径方向に約０．８２５インチ延びる水平面５３８ｂとを含む。外側段差部５３６は、高さ０．０７６インチの垂直面５３６ａと、半径方向に約０．１２４インチだけ                延びる水平面５３６ｂとを含む。内側段差部５３８と内側テーパ面５４８との間の内側垂直面５３８ｃは、約０．１１５インチの高さを有する。外側段差部５３６と外側テーパ面５４４との間の外側垂直面５３６ｃは、約０．１２５インチの高さを有する。ロッキングピン用のポケット５５０は、深さ約０．３２５インチであり、外側電極の合計厚さは、約０．４４０インチである。ポケットは、ロッキングピンのネジ付きの装着基部（図２乃至３において説明したソケット２１３）を収容する幅０．５インチのネジ付きの孔にすることができる。ポケットの入口にはテーパを含めることが可能であり、ポケットの底部には、最大０．０４０インチの長さを有する、ネジ山の無いネジ逃がし区域を含めることができる。内側及び外側段差部と、内側及び外側テーパ面の全ての角部には丸みが付いている（例えば、半径０．０２５インチの丸みを付ける）。
【００５７】
図７Ｅは、ポケットの中心が約１５．２４４インチ離れた状態にある、八本のロッキングピンを収容する八個のポケット５５０の位置を示す外側電極５０２の上面５４０の平面図である。更に、約０．０２５インチの直径を有し、約０．０７インチ離れて七列に配置された３７個の孔５５２（マノメータ等の真空圧感知機器と連通する）の集合を示しており、約０．４８０インチの半径に沿って僅かに内側段差部内へ延びる装着面５４０の一部において、六角形の孔のパターンを形成している。直径約０．１１６インチ、深さ０．２２０インチの三個の整合ピン孔５５４は、装着面の外周に近い位置において１２０度の間隔を空けている。図７Ｆは、上面を示す斜視図であり、図７Ｇは、外側電極５０２の下面を示す斜視図である。
【００５８】
クランプリング５１６は、受け板５０６内にボルト留めされ、高硬度のポリマ圧縮リング５１８を圧迫する。ポリマリング５１８は、内側電極５０４の外側段差部５３４を圧迫し、外側電極５０２の内側段差部５３８は、クランプリング５１６上に密着すると共に、内部電極の内側段差部５３４に嵌合して、内側テーパ面５４４が内側電極５０４の平坦露出面から伸びる状態となる。外側電極の装着面５４０は、受け板内の八個のカムロックにより保持された八本のロッキングピンが及ぼすクランプ力の結果として、受け板５０６の対向面に隣接する。ガードリング５０８は、受け板５０６の装着孔を覆い、ガードリングのアクセス開口部５２４は、Ｔｏｒｌｏｎ（登録商標）、Ｖｅｓｐｅｌ（登録商標）、Ｃｅｌｃｏｎ（登録商標）、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、Ａｒｉｏｎ（登録商標）等の耐プラズマ性のポリマ材料、又は低摩擦係数及び低粒子脱落性を有するフッ素重合体、アセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の他の材料により作成された取り外し可能な挿入部５７１により埋められる。
【００５９】
図５を参照すると、受け板５０６と内側電極５０４との間の電気的接触は、一つ以上の熱界面材料（ＴＩＭ）及び／又はＱパッド５５６により提供され、これらは内側電極の外周と、中央整合ピン及び外側Ｑパッド間の一つ以上の位置とに配置される。こうしたＴＩＭは、電導性材料を含有した高分子積層体のリングにすることが可能であり、例えば、Ｇｅｌｔｅｃの界面材料ＣＯＨ−４０００、ＣＯＨ−２００３、ＲＥ−１０、ＣＯＨ−１００２、ＤＰ−１００、ＤＰ−２００、又はＤＰ−３００を、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、又は３．０ｍの厚さで使用可能であり、好ましくは、厚さ０．０１２又は０．０２０インチ、幅０．３１インチとなる。例えば、ＴＩＭリング又はＱパッドは、内側電極の中心から約２インチ及び６インチの距離に配置することができる。異なる処理ガス混合物及び／又は流量を提供するためには、一つ以上の任意のガス分割シールを、中心整合ピンと外側Ｑパッドとの間に設けることができる。例えば、内側電極５０４と受け板５０６との間において、単一のＯリングを、内側及び外側Ｑパッド間の位置に設け、内側ガス分布区域を外側ガス分布区域から分離することができる。外側Ｑパッドの内周に沿って、内側電極５０４と受け板５０６との間に位置するＯリング５５８は、内側電極と受け板との間にガス及び粒子シールを提供することができる。
【００６０】
図８Ａ乃至８Ｄは、０．４１９インチの厚さ、約１３．５７５インチの外径、約１２．５９０インチの内径を有し且つ内径から約０．２１２インチ延びるフランジを有するクランプリング５１６の詳細を示す。クランプリング５１６は、内側電極５０４の外側段差部５３４と接合する、半径方向内側に延びるフランジ５６４を含む。クランプリングの上面及び下面を通過する１２個の段付き孔５６６は、受け板５０６内のネジ付き開口部にねじ入れるネジ、ボルト、又は他の適切な機械的締結要素等の留め具を受け入れる。フランジ５６４と内側電極５０４の対向面との間の圧縮リング５１８は、ネジの締め付け時に生じるＡｌ受け板による摩耗から内側電極を保護する。リングは、好ましくは、厚さ約０．０３１インチ、幅０．０７１インチの寸法を有する矩形断面のＣＩＲＬＥＸ製となる。フランジ５６４は、圧縮リング５１８を収容するための矩形溝を含むことができる。例えば、溝は、幅約０．１０インチ、深さ約０．０１インチにすることができる。
【００６１】
図８Ａは、クランプリング５１６の側面図であり、図８Ｂは、均等に間隔を空けた孔５６６を示す底面図である。図８Ｃは、図８Ａの詳細部Ｃにおけるクランプリングの断面図であり、図８Ｄは、図８Ｂの詳細部Ｄにおけるクランプリングの平面図である。図８Ｂ及び８Ｄにおいて確認できるように、段付き孔５６６の大部分は、多角形となっており、ネジの頭部に対向する鋸歯を有する多角形ロックワッシャの回転を防止し、シャワーヘッド電極組立体の温度サイクル中にネジの緩みを抑制する。クランプリングは、受け板５０６から延びるネジジャッキ５７０の下部シャフトを収容するために開口部５６８を含むことができる。ネジジャッキのフランジは、クランプリングとは反対側の窪みに収容される。そのため、内側電極の取り付け中、ネジジャッキは、クランプリングを受け板に整合させることを容易にする。分解のためには、上述したように、三個の均等に間隔を空けたネジジャッキを使用して、受け板５０６から内側電極を取り除くことができる。
【００６２】
上述したように、クランプリング５１６は、クランプリングを受け板５０６に対して保持する留め具が熱膨張及び収縮の差により緩むことを防止するために、ロックワッシャを含むことができる。例えば、ロックワッシャは、一方の側に放射状の溝、反対側に一連のテーパ付き段差部を有する上部及び下部用の半ワッシャを備え、テーパ面が互いに向かい合うようにネジに密着させ、ネジの締め付け中に溝付きの上面及び下面を互いに平行に維持する。熱膨張及び収縮の差は、チャンバ内での個々のウェーハの連続処理中の留め具（例えば、ネジ又はボルト）の脱落につながる恐れがある。クランプリングは、少なくとも５００ＲＦ時間（ウェーハ処理中にプラズマがチャンバ内で生成される時間）に渡って内側電極を十分にクランプすることが望ましい。プラズマ処理時間がウェーハ当たり３００秒であるとすると、５００ＲＦ時間では、６０００枚のウェーハの処理が可能となる。
【００６３】
熱膨張差を補うために、クランプリング５１６は、温度サイクル中に実質的に一定のクランプリング直径を維持するために円周方向に縮む熱膨張領域５７７を組み込むことにより、膨張による熱負荷を吸収するように設計することができる。適切なクランプリングの設計は、出典を明記することによりその全体を本願明細書の一部とした本願権利者所有の米国特許第６，２００，４１５号において説明されている。
【００６４】
他の最適なクランプリング設計は、図９Ａ乃至９Ｆに例示されており、図９Ａは、クランプリング５７６の側面図であり、図９Ｂは、図９Ａの詳細部Ｂの特徴を示し、図９Ｃは、スロット５７８により形成された熱膨張領域５７７の特徴を示す、クランプリングの部分上面図であり、図９Ｄは、図９Ａに示したリングの上面図であり、図９Ｅは、図９Ｄの詳細部Ｅの特徴を示し、図９Ｆは、図９Ｄの詳細部Ｆの特徴を示す。
【００６５】
図９Ａに示したように、クランプリング５７６は、半径方向に延びるスロット５７８の形態で熱膨張領域５７７を含むことができる。好ましくは、スロット５７８は、隣り合ったスロットがクランプリングの内周又は外周から延びたスロットの集合として配置される。例えば、スロットの各集合は、一つ以上のＵ字形膨張／収縮領域５７７を形成する二本以上のスロットを含むことができる（例えば、三本のスロットが一つのＵ字形領域を形成し、五本のスロットが二つのＵ字形領域を形成する）。五本のスロットの実施形態では、三本のスロット５７８ａは、外周５７６ａから内側に延び、二本のスロット５７８ｂは、内周５７６ｂから外側へ延び、外側へ延びるスロットが内側へ延びるスロットの間に位置する状態となる。各スロットは、内周又は外周に近い円形端壁５７８ｃで終了させることができる。例えば、内側へ延びるスロットは、円形端壁が内周までの距離の１／２以内に位置するようにクランプリングの幅の５０％を超えて延ばすことができる。好ましくは、スロットは、クランプリングの幅の７５％を超えて、より好ましくは８０％を超えて、最も好ましくは９０％を超えて延びる。
【００６６】
３００ｍｍウェーハを処理するために、内側電極は、１２乃至１３インチの直径を有し、クランプリングは、僅かに大きな直径を、内側へ延びるフランジ５８０と共に有して、内側電極５０４の外側段差部５３４と係合する。クランプリング５７６は、スロットの集合を少なくとも四組、好ましくはスロットの集合を少なくとも八組、更に好ましくはスロットの集合を少なくとも１６組、最も好ましくはスロットの集合を少なくとも２４組含むことができる。好適な実施形態において、スロットの幅は、約０．０３乃至０．１インチ、好ましくは、０．０５乃至０．０９インチ、最も好ましくは、０．０６乃至０．０８インチであり、円形端壁は、スロット幅より大きな直径を有する。クランピング留め具を受け入れる各段付き孔５８２は、各スロット集合間に配置可能であり、或いは、使用される留め具がスロットの集合の数より少ない場合、段付き孔５８２は、一つおきのスロット集合間に配置すること、或いは他の任意の望ましい配置にすることができる。
【００６７】
留め具の脱落を防止するために、留め具のシャフトは、上述したペアの半ロックワッシャ等のロックワッシャを含むことができる。例えば、段付き孔の大部分の対応形状により回転しなくなる一個以上のロックワッシャを使用して、留め具頭部の裏側と係合させて、クランプリングの温度サイクル中に留め具の回転を防止することができる。
【００６８】
図１０Ａ乃至１０Ｃは、受け板５０６の詳細を示しており、図１０Ａは、受け板の上面５８４の平面図であり、図１０Ｂは、受け板の下面５８６の平面図であり、図１０Ｃは、二個のカムロック用の孔５６０を横断する位置における横断面図である。
【００６９】
受け板５０６の上面５８４は、受け板を取り付けるために熱制御板５１０を介して延びる留め具を受領するためのネジ付き開口部を含む環状領域５８８において、熱制御板５１０上の三本の環状突起５１１（図５Ａ参照）と係合する。追加のネジ付き開口部は、上面の周辺部に配置され、追加の留め具を受領する。１３列の孔５９０は、内側電極のガス孔と整合するように、上面及び下面間に延びる。孔５９０は、内側電極のガス通路より大きく、熱膨張差を補いつつ、整合性を維持する。熱膨張に対応する孔サイズの詳細は、出典を明記することによりその開示内容を本願明細書の一部とする、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願公開第２００８／０１４１９４１号において開示されている。熱界面パッドを突起５１１と領域５８８との間に介在させ、熱及び電気伝導性を高めることが好ましい。チャンバの真空圧をモニタするために、外側電極の孔５５２に一致する孔５９２の集合を、Ｏリング等のガスシールを収容する溝５９４の内側に配置する。
【００７０】
下面５８６は、Ｑパッド等の熱界面材料を受け板と内側電極との間に介在させる環状領域５９６を含む。ガスシール（Ｏリング）を収容する溝５９８は、ガス孔５９０を中央区域と外側環状区域とに分離する。整合ピン孔６００は、内側及び外側電極から上方へ延びる整合ピンを収容するサイズとし、中心ピン孔から遠くに位置する整合孔は、電極と受け板との間の熱膨張及び収縮の差に対応するために拡大又は延長される。下面は、外側電極から上方に延びるロッキングピン５６２を収容する、八個の垂直に延びる段付き孔６０２を含む。水平に延びる孔６０４は、上述した円筒カムロック５１４を収容する。
【００７１】
以上、具体的な実施形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形の実施及び等価物の利用が可能であることは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明は、以下の適用例として実現することができる。
［適用例１］
シャワーヘッド電極が容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極に含まれるシャワーヘッド電極組立体であって、
上面と下面との間に延びるガス通路を有する受け板と、
内側に延びるフランジと、前記受け板の前記下面内のネジ付き開口部と係合する留め具を受け入れるように構成された段付き孔とを有するクランプリングと、
下面にプラズマ露出面を有し、上面に装着面を有する円形プレートを含む前記シャワーヘッド電極であって、前記内面が前記プレートの外周に、前記クランプリングの前記内側に延びるフランジと接合するように構成された段差部を含み、前記プレートは前記受け板の前記ガス通路に一致するパターンで配置された処理ガス出口を含む、前記シャワーヘッド電極と、
前記クランプリングフランジと前記シャワーヘッド電極の前記段差部との対向面間にある圧縮リングと、
前記受け板の前記下面内に装着され、前記内側電極の分解中に、前記内側電極の前記上面に対してその環状フランジを移動させて、前記内側電極を前記受け板から分離するために回転可能であるネジジャッキと、を備えるシャワーヘッド電極。
［適用例２］
前記ネジジャッキは、前記受け板の前記下面内のネジ付き開口部に係合する上部ネジ付きシャフトと、前記ネジジャッキのそれぞれを回転させる工具と係合するための鍵付き開口部を有する下部シャフトとを含み、前記電極組立体は、更に、前記クランプリングを前記受け板に対して保持する前記留め具を受け入れる開口部及び前記上部シャフトを受け入れる開口部を有し且つ前記環状フランジのそれぞれと前記受け板との対向面間に配置された上部ポリマリングと、前記下部シャフトを取り囲み、前記環状フランジのそれぞれと前記シャワーヘッド電極との対向面間に配置されたポリマワッシャとを備える、適用例１記載のシャワーヘッド電極組立体。
［適用例３］
前記クランプリングは、前記クランプリングの熱膨張に対応するために熱膨張領域を含む、適用例１記載のシャワーヘッド電極組立体。
［適用例４］
前記熱膨張領域は、前記クランプリングの外周から延びる内向きスロットと、前記クランプリングの内周から延びる外向きスロットとを含む、適用例３記載のシャワーヘッド電極組立体。
［適用例５］
前記スロットは、交互に並んだ内向き及び外向きスロットの集合として配置され、スロットの各集合は、前記クランプリングの前記内周から延び、円形端壁を終端とする二本の外向きスロットと、前記クランプリングの前記外周から延び、円形端壁を終端とする三本の内向きスロットとを含む、適用例４記載のシャワーヘッド電極組立体。
［適用例６］
更に、前記受け板と前記シャワーヘッド電極との間の熱界面リング及びガスシールを備え、前記ガスシールは、前記ガス通路及び前記熱界面リングの外側に配置される、適用例１記載のシャワーヘッド電極組立体。
［適用例７］
更に、前記クランプリングの前記フランジと前記シャワーヘッド電極の前記外側段差部との間に圧縮リングを備える、適用例１記載のシャワーヘッド電極組立体。
［適用例８］
シャワーヘッド電極が容量結合プラズマ処理チャンバの上部電極に含まれるシャワーヘッド電極組立体において、内部電極を取り囲む外部電極であって、
内側及び外側傾斜面を含むプラズマ露出面を下面に有し、上部内側段差部と上部外側段差部との間に平坦環状面を含む上面に装着面を有する環状プレートと、
前記シャワーヘッド電極組立体の受け板に対して前記外側電極をクランプすることに適したロッキングピンを収容するように構成された、前記平坦環状面内にある複数の円周方向に間隔を空けたポケットと、を備える外側電極。
［適用例９］
更に、前記受け板内へ延びる整合ピンと整合するように構成された整合ピン孔を前記上面内に備え、前記外側上部段差部は、前記シャワーヘッド電極組立体のガードリングを支持して、前記ガードリングの外面が前記外側電極の前記外面と同一平面になるように構成される、適用例８記載の外側電極。
［適用例１０］
更に、前記チャンバ内の真空圧測定値を提供するマノメータユニットとの連係に適したガス孔を前記下面の平坦環状面内に備え、前記平坦環状面は、前記内側及び外側傾斜面間に延び、前記外側傾斜面は、前記平坦環状面と３０度未満の角度を成し、前記内側傾斜面は、前記平坦環状面と３０度より大きな角度を成す、適用例８記載の外側電極。
［適用例１１］
容量結合プラズマ処理チャンバのシャワーヘッド電極組立体であって、
前記プラズマ処理チャンバの温度制御された頂壁に支持され、プラズマ処理チャンバでの処理対象であるウェーハより大きな直径を有し且つ少なくとも一つのガスプレナムを下面に含む熱制御板と、
前記熱制御板に支持された受け板であって、前記熱制御板より小さな直径と、内部を垂直に延びて前記少なくとも一つのガスプレナムと連通するガス通路と、前記受け板の外周へ水平に延びる孔内の回転可能なカムロックとを有する受け板と、
前記受け板を取り囲むガードリングであって、水平に延びて前記ガードリングを通過する少なくとも一本のアクセス孔を含み、前記カムロックの少なくとも一つに前記アクセス孔を整合させるために、前記受け板の周囲を回転させることが可能なガードリングと、
内部を垂直に延びて前記受け板内の前記ガス通路と流体連通するガス通路を有する内側電極であって、前記内側電極の外周が内側及び外側段差部を含み、前記外側段差部が前記内側段差部と前記受け板に対向する前記内側電極の表面との間に配置された内側電極と、
任意の圧縮リングを間に挟んだ状態で前記内側電極の前記外側段差部の上に位置する内側フランジを有し且つ垂直に延びる段付き開口部を含むクランプリングであって、前記段付き開口部は、前記受け板内のネジ孔と整合しており、前記段付き開口部内の留め具が前記クランプリングを前記受け板に取り付けるクランプリングと、
前記内側電極を取り囲み、前記カムロックに係合する垂直に延びたロッキングピンを含み、前記ガードリングを支持し、前記ロッキングピンを前記カムロックから解放することにより取り外し可能となる外側電極と、を備えるシャワーヘッド電極組立体。
［適用例１２］
前記受け板は、前記外側電極内の前記ロッキングピンと整合した垂直に延びる孔と、前記軸線方向に延びる孔と連通する水平に延びる孔とを含み、前記カムロックは、前記水平に延びる孔内に装着された回転可能なカムシャフトを含み、前記ロッキングピンは、その自由端部の拡大した頭部と、ソケット内に配置された前記ピンの基部とを備えたシャフトを含み、前記カムシャフトは、前記外側電極を前記受け板に対して機械的にクランプするために、前記ロッキングピンの前記頭部を係合することに適したカム表面を含む、適用例１１記載の電極組立体。
［適用例１３］
前記ロッキングピンは、前記受け板及び前記外側電極の熱膨張差に対応するために前記ソケット内において垂直方向及び横方向へ移動可能である、適用例１２記載の電極組立体。
［適用例１４］
前記クランプリングは、前記クランプリングの熱膨張に対応するために熱膨張領域を含む、適用例１１記載の電極組立体。
［適用例１５］
前記内側電極は、単結晶シリコンのプレートであり、前記受け板は、アルミニウム合金のプレートである、適用例１１記載の電極組立体。
［適用例１６］
更に、前記受け板の前記下面に装着されたネジジャッキを備え、前記ネジジャッキは、前記内側電極の分解中に、前記内側電極の前記上面に対して前記ネジジャッキのフランジを移動させ、前記内側電極を前記受け板から分離するために回転可能である、適用例１１記載の電極組立体。
［適用例１７］
前記熱制御板は、前記受け板内の前記ガス通路と連通したガスプレナムを画成する下面上の環状突起を含み、少なくとも二本の熱界面リングが、前記内側電極と前記受け板との間に存在する、適用例１１記載の電極組立体。
［適用例１８］
更に、前記ガス通路及び最も外側の前記熱界面リングの外側に配置された、前記受け板と前記シャワーヘッド電極との間のガスシールを備える、適用例１７記載の電極組立体。
［適用例１９］
適用例１１のシャワーヘッド電極組立体に含まれた上部電極と、下部電極とを有する容量結合プラズマチャンバにおいて半導体基板を処理する方法であって、
前記下部電極上において前記半導体基板を支持するステップと、
前記チャンバに処理ガスを供給するステップと、
前記上部及び下部電極間に高周波エネルギを供給することにより、前記処理ガスを励起してプラズマ状態にするステップと、
前記プラズマにより前記半導体基板を処理するステップと、を備える方法。
［適用例２０］
前記半導体基板は、半導体ウェーハを含み、前記処理するステップは、前記プラズマにより前記半導体ウェーハをエッチングするステップを含む、適用例１９記載の方法。
［適用例２１］
適用例１１記載の電極組立体を分解する方法であって、前記ガードリング内のアクセス孔内の挿入物を除去するステップと、前記アクセス孔がカムロックの第一のグループと整合する第一の位置へ、前記ガードリングを回転させるステップと、前記カムロックの第一のグループにより保持されたロッキングピンを解放するために前記カムロックを回転させるステップと、前記アクセス孔がカムロックの第二のグループと整合する第二の位置へ、前記ガードリングを回転させるステップと、前記カムロックの第二のグループにより保持されたロッキングピンを解放し、これにより前記受け板から前記外側電極を解放するために、前記カムロックの第二のグループを回転させるステップと、前記クランプリング内の留め具を取り外し、これにより前記受け板から前記クランプリング及び内側電極を解放するステップとを備える方法。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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